JP6702247B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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Description
本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関する。
従来、使用者の頭部に装着して、使用者が各種表示を視認できるように画像を表示するヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、HMD)が知られている。特許文献1は、表示ユニットと、表示ユニットを使用者の頭部に保持するための頭部保持用ホルダとを備えたヘッドマウントディスプレイを開示する。頭部保持用ホルダは、布等のフレキシブルな帯状材によるベルトで形成されており、頭部保持用ホルダが使用者の頭部に巻回して締結されることで、表示ユニットが使用者の眼前に配置される。
表示ユニットの位置調整のために、頭部保持用ホルダに対して回転可能なボールジョイント等による位置調整部が、表示ユニット等に設けられることがある。表示ユニットの位置調整時に位置調整部に対して力が加わることで、使用者の頭部に対する頭部保持用ホルダの取付位置がずれてしまい、表示ユニットの位置調整がしづらいという問題がある。
本発明は、回転可能な調整部が操作されても取付位置がずれることを効果的に防止できるヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。
本発明に係るヘッドマウントディスプレイは、使用者の帽体の外周に巻回する締結部材に装着される装着部と、画像を表示する表示部と、前記装着部に対して前記表示部を回転可能に連結する調整部とを備え、前記装着部は、前記帽体の縁部に係合可能な係合部と、前記装着部における前記係合部が設けられる側の端部である第一端部とは反対側の第二端部において前記締結部材を保持可能な保持部と、前記第一端部と前記第二端部との間であって、前記保持部よりも前記係合部に近接する位置において前記調整部と連結する連結部とを備えたことを特徴とする。
本発明に係るヘッドマウントディスプレイ(HMD)は、装着部及び締結部材によって帽体に対して固定され、使用者の眼前に表示部を配置する。装着部の第一端部は、係合部によって帽体の縁部に係合される。調整部と連結する連結部は、第一端部と第二端部との間の位置であって、保持部よりも係合部に近接する位置に設けられる。HMDが帽体に装着された状態で、調整部を用いて表示部の位置調整が行われる場合、連結部に力が加わることで、係合部が帽体の縁部に係合する位置を中心として回転モーメントが装着部に作用しうる。装着部は、係合部が設けられる第一端部とは反対側の第二端部に保持部を備えるので、装着部の第二端部は、締結部材によって帽体に締結される。装着部の第二端部側が帽体に対して締結される力による回転モーメントは、連結部に作用する回転モーメントを打ち消す方向に作用しうる。また、連結部が保持部よりも係合部に近接する位置に設けられているので、調整部を用いた表示部の位置調整時に連結部に力が加わっても、保持部において帽体に締結された装着部は回転し難い。したがって、本発明に係るHMDは、回転可能な調整部が操作されても取付位置がずれることを効果的に防止できる。
前記保持部は、前記締結部材に対して摺動可能に設けられる溝部を有してもよい。
この場合、使用者は、保持部の溝部を締結部材に対して摺動させることで、装着部を保持部に沿って動かし、装着部の位置を調整できる。したがって、HMDは、帽体に対するHMDの取付位置の調整を、使用者に容易に行わせることができる。
前記ヘッドマウントディスプレイは、前記表示部に接続し、前記調整部を介して前記装着部に連結するアームを備えてもよい。
この場合、HMDは、アームの長さに応じて表示部の位置の調整範囲を広げることができる。
前記係合部は、前記第一端部から前記第二端部側に向けて延びる第一壁部を備え、前記第一壁部に対して前記第一端部と前記第二端部とを結ぶ方向と交差する方向において前記連結部の設けられる側とは反対側で前記帽体の縁部に係合してもよい。
帽体の縁部は、帽体の外方に広がる形状を有することがある。この場合であっても、係合部が第一壁部を備えるので、HMDは、第一壁部に帽体の縁部を当接させることで、帽体に対する装着部の安定性を向上できる。
前記保持部は、前記第一端部側から前記第二端部側に向けて延びる第二壁部と、前記第二壁部のうち前記第二端部側の位置から前記第一端部と前記第二端部とを結ぶ方向に対して交差する方向に延びる第三壁部とを備えてもよい。
締結部材は、帽体の外周に巻回した状態で、帽体の縁部から頂部に向けて移動しやすい。保持部は、第一端部と第二端部とを結ぶ方向に対して交差する第三壁部を、第二壁部の第二端部側に備えるので、締結部材を装着部の第二端部側の位置で保持して、締結部材が帽体の頂部に向けて抜けることを防止できる。
前記係合部は、前記第一壁部から前記連結部の設けられる側とは反対側に向けて延びる第四壁部と、前記第四壁部の前記第一壁部から離間する側の端部から前記第二端部側に向けて延びるリブとを備えてもよい。
係合部が備える第四壁部は、帽体に装着された装着部が帽体の縁部から頂部に向けて移動することを規制する。また、調整部を用いて表示部の位置調整が行われる場合や、帽体に対する装着部の位置調整が行われる場合、帽体の内方から外方に向けた力が、装着部に加わることがある。この場合であっても、係合部がリブを備えるので、帽体の縁部が係合部に係合した状態が保たれやすい。したがって、HMDは、装着部が帽体から外れることを防止できる。
本発明の一実施形態について説明する。図1に示すように、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、以下、「HMD」という。)1は、ビデオ透過型のHMDである。HMD1は、使用者Uが着用した(頭に被った)ヘルメットHに装着されて使用される。HMD1は、締結部材7、装着部8、アーム9、調整部72(第一ボールジョイント2及び第二ボールジョイント3)、及び表示部4を備える。以下、図の説明の理解を助けるため、HMD1の上側、下側、左側、右側、前側及び後側を定義する。HMD1の上側、下側、左側、右側、前側及び後側は、例えば、図1の上側、下側、左斜め上側、右斜め下側、左斜め下側及び右斜め上側にそれぞれ対応する。HMD1の上側、下側、左側、右側、前側及び後側は、それぞれ、HMD1が頭部に保持され使用者Uにとって、上側、下側、右側、左側、前側及び後側に対応する。なお、図3において、締結部材7は省略されている。図4において、第二ボールジョイント3及び表示部4は省略されている。
図1に示すように、ヘルメットHは、使用者Uの頭部に装着される周知の作業用ヘルメットである。ヘルメットHは、帽体H1、ツバH2、レインガードH3を有する。帽体H1の形状は、略半球体状である。帽体H1の内面には、内装体及び発泡スチロール製の衝撃吸収用ライナー(図示略)が設けられる。内装体は、ヘルメットHを使用者Uの頭周のサイズに合わせるためのハンモック状のヘッドバンド及びあご紐(図示略)を有する。衝撃吸収用ライナーは、帽体H1の内面と内装体との間に挟まれる。帽体H1の内面は、ヘルメットHが装着された状態で、使用者Uの頭部に近接する。ツバH2及びレインガードH3は、帽体H1の下縁部を構成する。ツバH2は、帽体H1の前側の縁H1Aから前方に向けて延びる。レインガードH3は、降雨時等に帽体H1の外面を伝った水滴が使用者Uの顔等に垂れることを防止するため、帽体H1の縁部を帽体H1の左側、右側及び後側の縁H1Aから外方に反り上げた部位である。
図1に示すように、締結部材7は、ヘルメットHの帽体H1の外周に巻回して締結することが可能な帯状体である。本実施形態では、締結部材7は、伸縮性を有する平帯状の布又は合成樹脂の材質が、帽体H1の外周に巻回可能な径を有する環状に形成されてなる。締結部材7の材質は、皮革等であってもよい。締結部材7は、両端部に面ファスナー、バックル等が設けられた帯状に形成されて、面ファスナー、バックル等によって両端部が互いに接合されることで、帽体H1の外周に巻回して締結可能に形成されていてもよい。締結部材7の帯状部の長さを調節するための周知のベルトアジャスターが、締結部材7に設けられていてもよい。
図1、図2に示すように、装着部8は、樹脂、金属(例えば、ステンレス)等の、可撓性を有する材質で構成される。装着部8は、帽体H1の外周に巻回された締結部材7に対して装着される。図2、図3に示すように、装着部8は、ベース部81、係合部82、保持部83及び連結部84を有する。なお、以下では、理解を容易とするために、装着部8をベース部81、係合部82、保持部83及び連結部84等の各部分に区分して説明するが、装着部8は、これらの各部分のそれぞれの部材に分かれておらず、全体として一体の部材である。
図2、図3に示すように、ベース部81は、装着部8のうち中央部に設けられる。ベース部81は、左右方向に厚みを有して上下方向に延びる細長い板状部材である。ベース部81の主平面は、左右方向と直交する。係合部82は、装着部8のうち下端部8Aに設けられる。係合部82は、ベース部81の下端部から下側に向けて、鉤状に屈曲して延びる板状の部材である。保持部83は、装着部8のうち上端部8Bに設けられる。保持部83は、ベース部81の上端部から上方に延びて設けられ、締結部材7を保持可能な部位である。装着部8は、ベース部81の左面を帽体H1の外面に対向させた状態で、保持部83に締結部材7を保持し、係合部82をレインガードH3等のヘルメットHの縁部に係合することで、ヘルメットHの右側の縁部に装着される。連結部84は、調整部72を装着部8に連結するための部位であり、係合部82の右面側に設けられる。連結部84は、装着部8の上端部8Bと下端部8Aとの間の位置において、保持部83よりも係合部82に近接して設けられる。
図1に示すように、アーム9は、略棒状であり、樹脂、金属等で構成される。アーム9は上下方向に延びる。アーム9の上端部は、後述する第一ボールジョイント2を介して装着部8の連結部84に連結される。アーム9の下端部は、後述する第二ボールジョイント3を介して表示部4に接続される。すなわち、アーム9は、表示部4に接続し、調整部72を介して装着部8に連結する。
装着部8及びアーム9は、装着部8がヘルメットHに装着された状態で、表示部4を使用者Uの頭部に保持する。この場合、使用者Uは、左眼U1の前側に表示部4を配置させることができる。なお、図示しないが、使用者Uは、装着部8を左右方向に反転させて、ヘルメットHの左側の縁部に装着してもよい。この場合、使用者Uは、右眼U2の前側に表示部4を配置させることができる。
図3、図4に示すように、第一ボールジョイント2は、ボールスタッド21及びソケット22を備える。ボールスタッド21は、球体部21A、棒部21B、及び基部21C(図4参照)を有する。球体部21Aは、球状の部位である。球体部21Aは、ボールスタッド21のうちアーム9側と反対側の端部に設けられる。棒部21Bは、球体部21Aから右方に向けて延びる円柱型の部位である。棒部21Bは、ソケット22に設けられている円形の孔22Aに挿通する。棒部21Bの断面の径は、球体部21Aの直径よりも小さい。基部21Cは、棒部21Bのうち球体部21A側と反対側に接続する(図3参照)。基部21Cは、アーム9の左面の上端部に形成されている凹部911(図4参照)に嵌まる。これによって、ボールスタッド21は、アーム9に固定される。
図4に示すように、ボールスタッド21の棒部21Bは、アーム9の上端部から、球体部21Aの中心211から放射状に延びる仮想線212に沿って延び、右斜め下方に曲折し、仮想線213に沿ってさらに延びる。基部21Cは、棒部21Bのうち球体部21Aと反対側に接続する。ボールスタッド21の基部21Cは、左側からアーム9の凹部911に嵌まる。凹部911の底部には左右方向に貫通する孔(図示略)が形成される。この孔に、右側から左側に向けてねじ912が挿通する。ねじ912は、基部21Cに設けられたねじ孔に螺合する。これによって、ボールスタッド21は、ねじ912によってアーム9に固定される。ソケット22は、ボールスタッド21の球体部21Aを摺動可能に支持する。ソケット22は、装着部8の連結部84に連結する。
この場合、図3に示すように、ボールスタッド21は、仮想線212を軸として、矢印2Aで示される方向に回転できる。また、ボールスタッド21は、ソケット22の孔22Aに棒部21Bが接触しない範囲、(球体部21Aの中心211と壁部221の内側の端部とを結ぶ仮想の円錐面214で囲まれた範囲)で、矢印2Bで示される方向に移動可能となる。したがって、ボールスタッド21の球体部21Aがソケット22に対して摺動することによって、第一ボールジョイント2は、装着部8とアーム9とを、球体部21Aの中心211を回転中心として、回転可能に連結する。
図3に示すように、第二ボールジョイント3は、ボールスタッド31及びソケット32を備える。ボールスタッド21は、球体部31A、棒部31B及び基部(図示略)を有する。球体部31A、棒部31B及び基部の形状は、ボールスタッド21の球体部21A、棒部21B及び基部21Cの形状と同一である。棒部31Bは、ソケット32に設けられている円形の孔32Aに挿通する。基部は、アーム9の左面の下端部に形成されている凹部(図示略)に嵌まる。これによって、ボールスタッド31は、アーム9に固定される。
ボールスタッド31の棒部31Bは、アーム9の下端部から、球体部31Aの中心311から放射状に延びる仮想線312に沿って延びる。ソケット32は、ボールスタッド31の球体部31Aを摺動可能に支持する。ソケット32は表示部4に接続し、ボールスタッド31の球体部31Aを摺動可能に支持する。
この場合、ボールスタッド31は、仮想線312を軸として、矢印3Aで示される方向に回転できる。また、ボールスタッド31は、ソケット32の孔32Aに棒部31Bが接触しない範囲、(球体部31Aの中心311と壁部321の内側の端部とを結ぶ仮想の円錐面314で囲まれた範囲)で、矢印3Bで示される方向に移動可能となる。したがって、ボールスタッド31の球体部31Aがソケット32に対して摺動することによって、第二ボールジョイント3は、アーム9と表示部4とを、球体部31Aの中心311を回転中心として、回転可能に連結する。
調整部72及びアーム9は、表示部4と装着部8との間に介在する。調整部72は、装着部8に対する表示部4の位置を回転可能に調整することによって、使用者Uの左眼U1に対する表示部4の位置を調整できる。
図1から図3に示すように、表示部4は筐体41を備えている。筐体41は中空箱状である。図1、図3に示すように、筐体41の後面の右端部から後側に向けて、接続部43が延びる。接続部43には、第二ボールジョイント3のソケット32が接続される。図2に示すように、筐体41の左側は開放する。筐体41の内部に収容されたレンズユニットの左側は露出する。筐体41の開口部にハーフミラー42が設けられる。筐体41の内部に、レンズユニット、ピント調節機構、及び、液晶ユニットが収容される。ハーフミラー42、レンズユニット、及び液晶ユニットは、左側から右側に向けて順番に並ぶ。ピント調節機構は、操作部材44を有する。操作部材44は、筐体41の前面に配置される。
液晶ユニットは、画像を表示させることによって、画像光を射出する。レンズユニットは、液晶ユニットから射出された画像光をハーフミラー42に導く。ピント調節機構は、操作部材44の回転に応じて、レンズユニットを左右方向に移動させる。使用者Uは、操作部材44を回転させることによって、表示部4のピント調節を行うことができる。
ハーフミラー42は矩形板状である。ハーフミラー42の両面のうち一方の面は、右斜め後方を向く。ハーフミラー42の両面のうち他方の面は、左斜め前方を向く。ハーフミラー42は、入射した光の一部(例えば50%)を反射させ、他部を透過させることができる。ハーフミラー42は、レンズユニットを通過して右側から入射する画像光を後側に反射させることができる。使用者Uの左眼U1は、ハーフミラー42によって後側に反射された画像光に基づいて、虚像を視認できる。また、ハーフミラー42は、外界の光を後側に透過させることができる。
図3、図4を参照して、装着部8の詳細を説明する。ベース部81は、装着部8の本体部をなす。係合部82は、第一延伸部821、第二延伸部822、第三延伸部823及びリブ824を有する。第一延伸部821は、ベース部81の下端部から右側に向けて延びる。第二延伸部822は、第一延伸部821の右端部から、下側に向けて延びる。第三延伸部823は、第二延伸部822の下端部から、左側に向けて延びる。リブ824は、第三延伸部823の左端部から、上側に向けて延びる。第二延伸部822の左面は、第三延伸部823の上面から略垂直に、すなわち、装着部8の下端部8A側から上端部8B側に向けて延びる第一壁部822Aを形成する。第二延伸部822の右面の略中央に、連結部84が設けられる。第三延伸部823の上面は、第一壁部822Aから左側に向けて、すなわち、係合部82に連結部84が設けられる右側とは反対側に向けて延びる第四壁部823Aを形成する。リブ824は、第四壁部823Aの左端部、すなわち、第四壁部823Aのうち第一壁部822Aから離間する側の端部から、装着部8の上端部8B側に向けて延びる。第一壁部822Aは、上下方向に延びる。リブ824の上下方向の長さは、第二延伸部822の上下方向の長さよりも短い。リブ824の上端部と、第一延伸部821とベース部81との接続部分との間には、隙間82Aが形成される。
図4に示すように、装着部8がヘルメットHに装着された状態で、係合部82の隙間82Aから内側へ向けて、帽体H1の右側の縁H1Aが進入する。これによって、係合部82は、第一壁部822Aの左側、すなわち、第一壁部822Aに対して上下方向に交差する方向において係合部82のうち連結部84が設けられる側と反対側において、ヘルメットHの右側の下縁部に係合する。ヘルメットHの形状は様々であるが、ヘルメットHは下縁部にレインガードH3のような外方に広がった形状を有することがある。第一壁部822Aは、係合部82に係合したヘルメットHの下縁部の外側の位置において上下方向に延びる。よって、ヘルメットHの下縁部のうち外方に広がった部分のいずれかの位置が、第一壁部822Aに当接しやすい。ヘルメットHの下縁部が第一壁部822Aに当接することで、ヘルメットHに対する係合部82の左右方向における位置が安定する。
図4では、帽体H1の右側のレインガードH3の上端部が、第一壁部822Aの上下方向における略中央部に当接した状態が示されている。ヘルメットHはレインガードH3を有さないこともあるが、係合部82に係合したヘルメットHの下縁部は、係合部82の内側である第一延伸部821の下面、第一壁部822A、第三延伸部823の上面、リブ824の右面のうち少なくともいずれかに当接しうる。図4は、レインガードH3の上端部が、第一壁部822Aに当接する位置を通過する直線である仮想線829を示す。
図3、図4に示すように、保持部83は、第一部分831、第二部分832及び第三部分833を有する。第一部分831は、ベース部81の上端部から上側に向けて延びる。第一部分831の上下方向の長さは、締結部材7の上下方向の長さよりもやや長い。第一部分831の板厚はベース部81の板厚よりも厚く、第一部分831の左面は、ベース部81の左面よりも左方に突出している。第一部分831の右面は、ベース部81の右面と左右方向において同じ位置で連続して平滑に延びる第二壁部831Aを形成する。第二壁部831Aは、左右方向と直交して、すなわち、装着部8の下端部8Aから上端部8Bに向けて延びる。第二部分832は、第一部分831の上端部から右側に向けて延びる。第二部分832の左右方向の長さは、係合部82の第一延伸部821の左右方向の長さと略同一である。第二部分832は、上下方向に略直交する。第二部分832の下面は、第二壁部831Aの上端部から略垂直に、すなわち、第二壁部831Aの延びる上下方向に交差する方向に延びる第三壁部832Aを形成する。第三部分833は、第二部分832の右端部から下側に向けて延びる。第三部分833の主平面は、左右方向を向く。第三部分833は、第一部分831に対して右側に離間する。第三部分833の上下方向の長さは、第一部分831の上下方向の長さよりも長い。
図4に示すように、保持部83には、保持部83の第一部分831の第二壁部831A、第二部分832の第三壁部832A及び第三部分833の左面に囲まれた溝部83Aが形成される。溝部83Aにおいて、保持部83の第一部分831と第三部分833との左右方向の間に形成される隙間に、締結部材7が挿通される。このとき、第一部分831は、ヘルメットHの帽体H1の右側の側面と、締結部材7の内面との間に挟まれる。第二壁部831Aは、締結部材7に摺動可能に当接する。このとき、締結部材7のうち第二壁部831Aに当接する側と反対側の外面に対向して第三部分833が配置されるので、締結部材7が第二壁部831Aから右方に外れることが防止される。ヘルメットHの帽体H1の外周は、下縁部から頂部に向かうほど小さくなるので、帽体H1の外周に巻回される締結部材7は、上側に向けて移動しやすい。締結部材7が上側に向けて移動しようとしても、締結部材7の上端部が保持部83の第三壁部832Aに当接するので、締結部材7が上側に向けて保持部83から抜けることが防止される。
係合部82がヘルメットHの下縁部に係合され、且つ、保持部83の第一部分831が帽体H1側面と締結部材7によって挟まれた状態で、装着部8がヘルメットHに装着される。これによって、装着部8は、ヘルメットHを着用した使用者Uの頭部の位置に装着される。使用者Uは、装着部8がヘルメットHに装着された状態を保ったまま、第二壁部831Aを締結部材7に摺動させて、帽体H1の下縁部及び締結部材7に沿って装着部8を帽体H1に対して前後方向に移動させることができる。すなわち、使用者Uは、ヘルメットHに装着された装着部8をヘルメットHから外すことなく、帽体H1に対する装着部8の前後方向の位置を容易に調整することができる。係合部82がヘルメットHの下縁部に係合された状態で、リブ824がヘルメットHの内側において上下方向に立設する。装着部8が帽体H1に対して前後方向に移動されるとき等に、ヘルメットHの内側から外側に向かう力が係合部82に加わり、ヘルメットHの内側から外側に向けて係合部82が移動することがある。このとき、ヘルメットHの内側からヘルメットHの下縁部にリブ824が当接するので、ヘルメットHの下縁部が係合部82の隙間82Aから抜けにくい。すなわち、使用者UがヘルメットHに対する装着部8の前後方向の位置を調整する際、及び調整部72による表示部4の位置調整が行われる際等に、装着部8がヘルメットHの外側に向けて外れにくい。
係合部82がヘルメットHの下縁部に係合された状態で、第三延伸部823がヘルメットHの下縁部の下側を左右方向に延びる。装着部8が帽体H1に対して前後方向に移動されるときに、装着部8に上向きの力が加わり、装着部8が帽体H1に対して上方に移動することがある。このとき、ヘルメットHの下縁部が係合部82の第四壁部823Aに当接するので、係合部82がヘルメットHの下縁部から外れ、装着部8がヘルメットHの頂部に向けて抜けることが防止される。また、調整部72による表示部4の位置調整に起因して装着部8に上方に向けた力が加わっても、ヘルメットHの下縁部が係合部82の第四壁部823Aに当接するので、装着部8がヘルメットHの頂部に向けて抜けにくい。
なお、第三部分833には、第三部分833の下端部の左右方向略中央から上側に向けて、第三部分833の上下方向略中央まで延びる凹部833Aが設けられる。使用者Uは、凹部833Aから指等を挿しいれて、第二壁部831Aに当接する締結部材7に触れることができる。例えば、使用者Uは、凹部833Aから挿しいれた指で締結部材7と第二壁部831Aとの間に隙間を設ける等により、第二壁部831Aに締結部材7が当接する位置を調整したり、締結部材7に対して第二壁部831Aを摺動させやすくしたりできる。
調整部72を用いた表示部4の位置調整が行われるとき、調整部72のうち第一ボールジョイント2及び第二ボールジョイント3(図2参照)の少なくともいずれかが回転される。このとき、ボールスタッド21の球体部21Aとソケット22との間の摩擦力によって、球体部21Aの回転中心である中心211の位置を支点とする荷重が、ソケット22に加わる。ソケット22に加わる荷重は、ソケット22と連結する連結部84を介して、係合部82に伝達する。係合部82に伝達した荷重の左右方向成分をF1とする。図4に示すように、F1は、係合部82のうち球体部21Aの中心211と上下方向における同じ位置に作用する。このとき、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置と、ボールスタッド21の球体部21Aの中心211の位置との上下方向における長さ(仮想線829と仮想線212との上下方向の間の長さ)をL1とする。調整部72による表示部4の位置調整に起因して連結部84に加わる荷重に基づいて、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置を支点として装着部8に作用するモーメントは、F1にL1を乗じた「F1×L1」で表すことができる。F1が装着部8に対して左方向に作用する場合、F1×L1で表されるモーメントは、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置を支点として、装着部8を図4において時計回りに回転させる方向に作用する。F1×L1で表されるモーメントを、以下、回転モーメントF1L1という。
締結部材7がヘルメットHの帽体H1に対して装着部8の保持部83を締結するときに第一部分831に作用する力の左右方向成分をF2とする。F2は、第一部分831を帽体H1に近接させるように、第一部分831に左向きに作用する。図4は、F2の力が第一部分831に作用する位置を左右方向に通過する仮想線839を示す。このとき、F2の力が第一部分831に作用する位置と、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置との上下方向における長さ(仮想線839と仮想線829との上下方向の間の長さ)をL2とする。なお、図4では、F2の力が第一部分831に作用する位置を、締結部材7の上下方向における中央の位置が保持部83の第二壁部831Aに当接する位置としている。締結部材7が第一部分831を締結する力に基づいて、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置を支点として装着部8に作用するモーメントは、F2にL2を乗じた「F2×L2」で表すことができる。F2×L2で表されるモーメントは、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置を支点として、装着部8を図4において反時計回りに回転させる方向に作用する。F2×L2で表されるモーメントを、以下、回転モーメントF2L2という。保持部83は、装着部8において係合部82が設けられる下端部8Aと反対側の上端部8Bに設けられる。また、連結部84は、装着部8の上下方向において保持部83よりも係合部82に近接して設けられるので、L2はL1よりも長くなる。したがって、F1×L1とF2×L2には、式(1)で示す関係が成り立ちやすい。
F1×L1<F2×L2 ・・・(1)
F1×L1<F2×L2 ・・・(1)
式(1)が成り立つ場合、回転モーメントF2L2は、装着部8に対して、回転モーメントF1L1を打ち消す。この場合、調整部72による表示部4の位置調整がなされて、回転モーメントF1L1が装着部8に作用しても、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置を支点として、装着部8が回転することが防止される。特に、L1の長さがL2の長さよりも長いので、調整部72による表示部4の位置調整によって比較的大きな力でF1が係合部82に作用しても、F1×L1とF2×L2との間には、式(1)の関係が保たれやすい。したがって、調整部72による表示部4の位置調整がなされても、装着部8がヘルメットHに対してがたつき難い。使用者Uは、装着部8がヘルメットHに対して装着されている位置をずらすことなく、調整部72による表示部4の位置調整を行うことができる。
なお、ヘルメットHの形状は様々であるが、装着部8の係合部82にヘルメットHの下端部が係合する場合、第一延伸部821の下面、第一壁部822A、第三延伸部823の上面、リブ824の右面のうち少なくともいずれかにヘルメットHの下端部が当接する。この場合、仮想線829は、係合部82の内側を通過するいずれかの位置に配置されるので、L1の長さは、L2の長さよりも短くなる。したがって、ヘルメットHの形状がいずれであっても、F1×L1とF2×L2には、式(1)で示す関係が成り立ちやすい。すなわち、装着部8が様々なヘルメットHに装着されていても、調整部72による表示部4の位置調整がなされたときに、装着部8がヘルメットHに対して装着されている位置がずれにくい。
このように、装着部8は、ヘルメットHに対する前後方向の位置を、装着部8を取り外すことなく調整可能であるとともに、調整部72によって表示部4の位置調整が行われても、ヘルメットHに対して装着部8が装着された位置がずれにくい。このため、使用者Uは、使用者Uの左眼U1の位置に応じて、装着部8を締結部材7及びヘルメットHの下縁部に沿って移動させてヘルメットHに対する装着部8の前後方向の位置を調整し、調整部72を用いて表示部4の位置を調整できる。すなわち、使用者Uは、ヘルメットHに装着部8を装着させたまま、装着部8の装着位置の調整及び表示部4の位置調整を容易に行うことができる。
ヘルメットHを着用した使用者Uの、ヘルメットHに対する左眼U1の位置は、使用者Uの頭の大きさ、顔の大きさ等に応じて様々である。ヘルメットHに対して左眼U1の位置が比較的近い場合、使用者Uは、ヘルメットHの前後方向略中央の位置に装着部8を装着し、アーム9の下端部をヘルメットHの下縁部に近接させることで、表示部4の位置を左眼U1の位置に調整できる。具体的には、図5(A)に示すように、HMD1は、ヘルメットHの下縁部から距離L3の位置にアーム9の下端部を配置することで、ヘルメットHに対して比較的近い位置にある左眼U1の位置に合わせて、表示部4を配置できる。ヘルメットHに対して左眼U1の位置が比較的遠い場合、使用者Uは、ヘルメットHの前寄りの位置に装着部8を装着し、アーム9の下端部をヘルメットHの下縁部から離隔させることで、表示部4の位置を左眼U1の位置に調整できる。具体的には、図5(B)に示すように、HMD1は、ヘルメットHの下縁部から距離L4の位置にアーム9の下端部を配置することで、ヘルメットHに対して比較的遠い位置にある左眼U1の位置に合わせて、表示部4を配置できる。HMD1は、アーム9を介して装着部8に表示部4を連結しているので、ヘルメットHに対する装着部8の装着位置及びアーム9の長さを活用して、様々な使用者Uの左眼U1に対して適切に表示部4の位置調整をすることができる。
以上説明したように、HMD1は、使用者Uが着用したヘルメットHに締結部材7を用いて装着部8が装着された状態で、調整部72(第一ボールジョイント2及び第二ボールジョイント3)によって、使用者Uの眼前に表示部4を保持させて使用される。装着部8の下端部8Aは、係合部82によってヘルメットHの帽体H1の下縁部に係合される。装着部8の上端部8Bは、保持部83の第一部分831がヘルメットHの帽体H1の右側の側面と、締結部材7の内面との間に挟まれることによって、ヘルメットHに固定される。連結部84は、装着部8の上端部8Bと下端部8Aとの間の位置において、保持部83よりも係合部82に近接して設けられる。装着部8がヘルメットHに装着された状態で調整部72を用いて表示部4の位置調整が行われる場合、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置を支点として装着部8を右側面視で時計回りに回転させる回転モーメントF1L1が作用する。また、締結部材7がヘルメットHの帽体H1に対して装着部8の保持部83を締結することにより、ヘルメットHの下縁部が係合部82の内側に当接する位置を支点として装着部8を右側面視で反時計回りに回転させる回転モーメントF2L2が作用する。連結部84は、装着部8の上下方向において保持部83よりも係合部82に近接して設けられるので、L2はL1よりも長くなる。したがって、回転モーメントF1L1よりも回転モーメントF2L2が大きくなりやすいので、調整部72による表示部4の位置調整がなされても、装着部8がヘルメットHに対してがたつき難い。したがって、HMD1は、調整部72による表示部4の位置調整によって、装着部8がヘルメットHに対して装着されている位置がずれることを効果的に防止できる。
装着部8の保持部83における溝部83Aの第二壁部831Aは、締結部材7に摺動可能に当接する。使用者Uは、装着部8がヘルメットHに装着された状態を保ったまま、帽体H1の下縁部及び締結部材7に沿って、装着部8を帽体H1に対して前後方向に移動させることができる。すなわち、HMD1は、ヘルメットHに装着部8を装着させたまま、使用者Uに装着部8の装着位置の調整及び表示部4の位置調整を容易に行わせることができる。
アーム9は、調整部72を介して表示部4に連結する。HMD1は、アーム9を介して装着部8に表示部4を連結しているので、アーム9の長さを活用して、様々な使用者Uの左眼U1に対して適切に表示部4の位置調整をすることができる。
ヘルメットHの形状は様々であり、帽体H1の下縁部が、帽体H1の外方に広がる形状を有することがある。係合部82は、ベース部81の下端部から右側に向けて延びる第一延伸部821、第一延伸部821の右端部から下側に向けて延びる第二延伸部822、第二延伸部822の下端部から左側に向けて延びる第三延伸部823を有する。第二延伸部822の左面は、第三延伸部823の上面から略垂直に立設する第一壁部822Aを形成する。装着部8がヘルメットHに装着された状態で、第一壁部822Aは、係合部82に係合したヘルメットHの下縁部の外側の位置において上下方向に延びる。よって、ヘルメットHは下縁部のうち外方に広がった部分のいずれかの位置が、第一壁部822Aに当接しやすい。したがって、HMD1は、第一壁部822AにヘルメットHの下縁部を当接させることで、装着部8を安定してヘルメットHに装着できる。
ヘルメットHの帽体H1の外周は、下縁部から頂部に向かうほど小さくなるので、帽体H1の外周に巻回される締結部材7は、上側に向けて移動しやすい。保持部83において締結部材7が上側に向けて移動しようする場合、締結部材7の上端部が、保持部83の第三壁部832Aに当接する。よって、装着部8は、締結部材7が保持部83から上側に向けて抜けることを防止できる。
係合部82がヘルメットHの下縁部に係合された状態で、第三延伸部823がヘルメットHの下縁部の下側を左右方向に延びる。この場合、ヘルメットHの下縁部が係合部82の第四壁部823Aに当接するので、係合部82がヘルメットHの下縁部から外れ、装着部8がヘルメットHの頂部に向けて抜けることが防止される。係合部82がヘルメットHの下縁部に係合された状態で、リブ824がヘルメットHの内側において上下方向に立設する。よって、装着部8が帽体H1に対して前後方向に移動されるとき等に、ヘルメットHの内側から外側に向かう力が係合部82に加わっても、ヘルメットHの下縁部が係合部82の隙間82Aから抜けにくい。したがって、HMD1は、ヘルメットHに対する装着部8の前後方向の位置が調整されたり、調整部72を用いて表示部4の位置が調整されたりするとき等に、ヘルメットHに装着された装着部8が、ヘルメットHから外れることを防止できる。
上記実施形態において、下端部8Aが、本発明の「第一端部」の一例である。上端部8Bが、本発明の「第二端部」の一例である。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。ヘルメットHは、HMD1を使用者Uの頭部に配置するための専用のものであってもよいし、汎用の作業用ヘルメット等であってもよい。HMD1が装着される対象は、ヘルメットHに限定されず、使用者Uの頭部に着用される他の着用具(例えば、帽子等)であってもよい。装着部8は、ツバH2に係合部82を係合させて、ヘルメットHの前側に装着されてもよい。
HMD1は、締結部材7を含まない構成であってもよい。締結部材7は、HMD1の装着部8をヘルメットHの帽体H1の外周に対して装着するための専用のものであってもよい。締結部材7は、ヘルメットHにヘッドライト等を装着するために設けられている汎用のベルト等であってもよい。また、装着部8において、保持部の83の第三部分833の上下方向の長さは、第一部分831の上下方向の長さと同じであってもよいし、第三部分833の上下方向の長さが、第一部分831の上下方向の長さより短くてもよい。
締結部材7は、装着部8に直接接続されてもよい。装着部8において、保持部83の第三部分833の下端部が、係合部82の第一延伸部821まで下側に延び、第一延伸部821に接続してもよい。これによって、装着部8にループ状の部位が形成されてもよい。締結部材7は、このループ状の部位に挿通されてもよい。ループ状の部位の下端部は、保持部83まで達している必要はなく、ベース部81のいずれかの位置に配置されてもよい。また、保持部83に溝部83Aを設ける代わりに、第一部分831の第二壁部831Aから右側に向けて突出する突起が設けられてもよい。また、この突起を挿通可能に左右方向に延びる長孔が、締結部材7に設けられてもよい。締結部材7は、第二壁部831Aの突起に対して長孔を挿通させた状態で、第二壁部831Aに摺動可能に当接してもよい。この場合、保持部83の第二部分832及び第三部分833が設けられてもよいし、設けられなくてもよい。
調整部72として、第一ボールジョイント2及び第二ボールジョイント3のいずれか一方のみが設けられていてもよい。装着部8に対して表示部4を回転可能に連結するための機構は、ボールジョイントに限定されず、自在継手、ラバーマウント等、他の調整機構であってもよい。
装着部8において、連結部84は、係合部82に直接接続されていなくてもよく、装着部において係合部82よりも上側又は下側に設けられていてもよい。この場合であっても、装着部8の上端部8Bと下端部8Aとの間であって、保持部83よりも係合部82に近接する位置に連結部84が設けられていれば、回転モーメントF1L1よりも回転モーメントF2L2が大きくなりやすい。よって、調整部72による表示部4の位置調整によって、ヘルメットHに対して装着部8の装着されている位置がずれることが防止される。
表示部4は、液晶ユニットの代わりに、Digital Mirror Device(DMD)、有機EL等の二次元表示装置を用いてもよい。表示部4は、二次元的に走査された光をユーザの網膜上に投影する網膜走査型の投影装置(Retinal Scanning Display)を用いてもよい。表示部4は、ハーフミラー42の代わりに、プリズムや回折格子のような光路偏向部材を用いてもよい。表示部4は、液晶ユニットに表示される画像の画像光がハーフミラー42等を介さずに直接に使用者の眼に出射されるように、後側に直接出射してもよい。この場合、表示部4はハーフミラー42を有さなくてもよい。
1 HMD
2 第一ボールジョイント
3 第二ボールジョイント
4 表示部
8 装着部
8A 下端部
8B 上端部
9 アーム
21,31 ボールスタッド
22,32 ソケット
72 装着部
82 係合部
83 保持部
83A 溝部
84 連結部
822A 第一壁部
823A 第四壁部
824 リブ
831A 第二壁部
832A 第三壁部
2 第一ボールジョイント
3 第二ボールジョイント
4 表示部
8 装着部
8A 下端部
8B 上端部
9 アーム
21,31 ボールスタッド
22,32 ソケット
72 装着部
82 係合部
83 保持部
83A 溝部
84 連結部
822A 第一壁部
823A 第四壁部
824 リブ
831A 第二壁部
832A 第三壁部
Claims (6)
- 使用者の帽体の外周に巻回する締結部材に装着される装着部と、
画像を表示する表示部と、
前記装着部に対して前記表示部を回転可能に連結する調整部と
を備え、
前記装着部は、
前記帽体の縁部に係合可能な係合部と、
前記装着部における前記係合部が設けられる側の端部である第一端部とは反対側の第二端部において前記締結部材を保持可能な保持部と、
前記第一端部と前記第二端部との間であって、前記保持部よりも前記係合部に近接する位置において前記調整部と連結する連結部と
を備えたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 前記保持部は、前記締結部材に対して摺動可能に設けられる溝部を有することを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 前記表示部に接続し、前記調整部を介して前記装着部に連結するアームを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 前記係合部は、
前記第一端部から前記第二端部側に向けて延びる第一壁部を備え、
前記第一壁部に対して前記第一端部と前記第二端部とを結ぶ方向と交差する方向において前記連結部の設けられる側とは反対側で前記帽体の縁部に係合することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記保持部は、前記第一端部側から前記第二端部側に向けて延びる第二壁部と、
前記第二壁部のうち前記第二端部側の位置から前記第一端部と前記第二端部とを結ぶ方向に対して交差する方向に延びる第三壁部とを備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記係合部は、
前記第一壁部から前記連結部の設けられる側とは反対側に向けて延びる第四壁部と、
前記第四壁部の前記第一壁部から離間する側の端部から前記第二端部側に向けて延びるリブとを備えたことを特徴とする請求項4に記載のヘッドマウントディスプレイ。
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